一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置

1.一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置，其特征在于，包括船用发动机连杆单摆运动发电模块和整流模块；所述船用发动机连杆单摆运动发电模块包括活塞连杆，所述活塞连杆上设置有推动机构，所述推动机构与直线发电机相连，用于推动直线发电机的动子组件在定子组件内作往复直线运动；所述直线发电机与整流模块相连。
2.根据权利要求1所述一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置，其特征在于，所述推动机构为推杆，所述推杆焊接在活塞连杆上，其两个端部分别设有滚轮。
3.根据权利要求2所述一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置，其特征在于，所述直线发电机的两端均设有挡板，所述挡板分别与推杆的滚轮相接触。
4.根据权利要求1所述一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置，其特征在于，所述直线发电机设有两组，每组均通过推杆与活塞连杆相连。
5.根据权利要求1所述一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置，其特征在于，所述动子组件包括永磁体组，所述永磁体组固定于动子芯上，所述动子芯与直线发电机的挡板相连。
6.根据权利要求1所述一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置，其特征在于，所述定子组件包括定子铁芯和缠绕在定子铁芯上的线圈。
7.根据权利要求1所述一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置，其特征在于，所述直线发电机具有外壳。
8.根据权利要求2所述一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置，其特征在于，所述推杆为一组两端装有滚轮的铁棒。
9.根据权利要求1所述一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置，其特征在于，所述整流模块包括整流电路、变压器和滤波器。

一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及发电机技术领域，具体为一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统\n供电装置。\n背景技术\n[0002] 对船用发动机采用“以定期计划维修为主”的维修方式不仅每年的维修成本很高\n而且容易产生“过修”和“欠修”，进而引起发动机的非计划停机，造成巨大损失。提前发现可\n能的故障、避免故障停机和降低维修费用是目前迫切需要解决的问题。对船用发动机实施\n状态维修是解决该问题的有效手段也是大家大力提倡的维修方式。实现这一目标的关键在\n于实现“预知维修”，而实现“预知维修”的关键环节则在于对发动机运行过程中的状态监测\n以及对其准确的了解。\n[0003] 随着MEMS传感器技术、微处理器技术、嵌入式技术、无线传输技术的发展，在线获\n取发动机运行状态信号并进行状态监测成为可能。其突出的一个特点就是将传感器嵌入到\n发动机内部尽量接近可能发生故障的部件，这样就可以有效降低信号传递过程的衰减和各\n种干扰提高信噪比，大大提高传感器的监测能力和准确率。然而由于传感器安装在船用发\n动机的内部，在目前技术水平下的电池容量有限且耐高温性能差，寿命短，因此需要周期性\n地拆装发动机更换电池，但是这样的行为一般又是不允许的。因此如何有效解决嵌入式传\n感器能源问题就成为延长发动机嵌入式系统使用寿命的核心问题之一。\n[0004] 解决嵌入式传感器能源问题涉及到两个方面的内容：一是供能；二是耗能。目前对\n嵌入式传感器的耗能问题研究得比较多，一般是通过优化各种通信协议动态管理电源以及\n对整个传感器节点的能源进行有效合理的配置，以达到最大限度地利用现有能源延长嵌入\n式系统的使用寿命。然而仅仅通过降低能耗的方法是不可能使传感器长期运行的，还需要\n考虑其功能问题。\n发明内容\n[0005] 为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于活塞连杆单摆运动的监测\n系统供电装置，该装置利用船用发动机连杆单摆运动产生电能，通过整流模块将交直流电\n融合为直流电，为传感器提供稳定的电能。\n[0006] 本实用新型是通过以下技术方案予以实现的：\n[0007] 一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置，包括船用发动机连杆单摆运动\n发电模块和整流模块；所述船用发动机连杆单摆运动发电模块包括活塞连杆，所述活塞连\n杆上设置有推动机构，所述推动机构与直线发电机相连，用于推动直线发电机的动子组件\n在定子组件内作往复直线运动；所述直线发电机与整流模块相连。\n[0008] 上述技术方案根据船用发动机连杆的单摆运动特性，通过活塞连杆使推动机构运\n动，推动直线发电机内的动子组件移动，进而使动子与定子产生相对运动，线圈切割磁感线\n产生电能，再通过整流模块，将交流电转化为直流电，实现对低压恒定负载(传感器)的持续\n供电，达到船用发动机嵌入式传感器的自主供电，有效解决了嵌入式传感器的能源问题，延\n长了发动机嵌入式系统的使用寿命。\n[0009] 进一步地，所述推动机构为推杆，所述推杆焊接在活塞连杆上，其两个端部分别设\n有滚轮。推杆焊接在活塞连杆上，当活塞连杆摆动时，带动推杆运动，使得推杆随活塞连杆\n的摆动而在一定二维空间范围内摆动。端部的滚轮始终与直线发电机的挡板接触作滚动摩\n擦，并将推杆的摆动能量传递给挡板。\n[0010] 具体地，在活塞连杆的两端各安装一个推杆，分别推动一个挡板运动，使得活塞连\n杆在单摆运动的过程中，一端推杆在将挡板推向一端后，随着活塞连杆的回摆，另一端推杆\n可将相对的挡板推回，实现了动子的往复运动。\n[0011] 进一步地，所述直线发电机的两端均设有挡板，所述挡板分别与推杆的滚轮相接\n触。在推杆受活塞连杆摆动而摆动时，通过滚轮将摆动的能量传递给挡板，推动挡板移动。\n当活塞连杆摆角达到最高时，推杆推动挡板沿摆动方向运动到远端而停止，此时活塞连杆\n回摆，推杆另一端的滚轮与同边的挡板相接触，推动该挡板向另一方向移动。\n[0012] 进一步地，所述直线发电机设有两组，每组均通过推杆与活塞连杆相连。这样设置\n可提高供电量。\n[0013] 进一步地，所述动子组件包括永磁体组，所述永磁体组固定于动子芯上，所述动子\n芯与直线发电机的挡板相连。所述永磁体组、动子芯和直线发电机挡板固定为一个整体，在\n推杆推动挡板时，带动该整体在定子内作往复直线运动。\n[0014] 进一步地，所述定子组件包括定子铁芯和缠绕在定子铁芯上的线圈。线圈可由铁\n丝穿过活塞裙部的孔洞再与之相连固定在活塞内部。此外，可以通过提高线圈的匝数提高\n发电量。\n[0015] 进一步地，所述直线发电机具有外壳。通过外壳保护线圈免受活塞内部油雾以及\n其他不良因素的影响。\n[0016] 进一步地，所述推杆为一组两端装有滚轮的铁棒。两个铁棒分别一端焊接在活塞\n连杆上，另一端通过滚轮与挡板相接触。\n[0017] 进一步地，所述整流模块包括整流电路、变压器和滤波器。通过整流模块将发电模\n块磁力发电产生的交流电转换为直流电。\n[0018] 若磁力发电产生的电压过低，该电路中的变压器即可将电压升高，若电压足够，即\n可省去升压模块。\n[0019] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：\n[0020] (1)本实用新型根据船用发动机连杆的单摆运动特性，通过活塞连杆使推动机构\n运动，推动直线发电机内的动子组件移动，进而使动子与定子产生相对运动，线圈切割磁感\n线产生电能，再通过整流模块，将交流电转化为直流电，实现对低压恒定负载(传感器)的持\n续供电，达到船用发动机嵌入式传感器的自主供电，有效解决了嵌入式传感器的能源问题，\n延长了发动机嵌入式系统的使用寿命。\n[0021] (2)本实用新型结合船用发动机连杆机构的运动特性，以及微传感器的能源供给\n需求，利用活塞连杆摆动为动力源，达到船用发动机嵌入式传感器的自主供电，其创新性明\n显，材料低廉。\n[0022] (3)本实用新型通过推杆和挡板之间的相互作用，将活塞摆动转换为直线运动进\n而发电，同时通过滚轮减小推杆与挡板之间的摩擦，保证直线运动的顺畅。\n附图说明\n[0023] 图1为根据本实用新型实施例的供电装置的四分之一剖视图。\n[0024] 图2为根据本实用新型实施例的直线发电机示意图(外壳透明化处理)。\n[0025] 图3为根据本实用新型实施例的供电装置的四分之三剖视图。\n[0026] 图4为根据本实用新型实施例的供电装置的结构示意图。\n[0027] 图5(a)‑(b)为根据本实用新型实施例的整流模块示意图。\n[0028] 图中：1、活塞连杆；2、推杆；3、动子组件；4、定子组件；5、挡板；6、滚轮；7、直线发电\n机；8、活塞轴；9、线圈。\n具体实施方式\n[0029] 以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，\n所描述发实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新\n型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施\n例，都属于本实用新型所保护的范围。\n[0030] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为\n了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的\n方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、\n“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术\n特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个\n所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的\n限定。\n[0031] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安\n装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地\n连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中\n间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的\n普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。\n[0032] 在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之\n“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通\n过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第\n一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特\n征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅\n表示第一特征水平高度小于第二特征。\n[0033] 本实用新型提供一种基于活塞连杆单摆运动的监测系统供电装置，包括船用发动\n机连杆单摆运动发电模块和整流模块；所述船用发动机连杆单摆运动发电模块包括活塞连\n杆，所述活塞连杆上设置有推动机构，所述推动机构与直线发电机相连，用于推动直线发电\n机的动子组件在定子组件内作往复直线运动；所述直线发电机与整流模块相连。\n[0034] 如图1‑4所示，所述活塞连杆连接活塞轴，所述推动机构为推杆，所述推杆焊接在\n活塞连杆上，其两个端部分别设有滚轮。推杆焊接在活塞连杆上，当活塞连杆摆动时，带动\n推杆运动，使得推杆随活塞连杆的摆动而在一定二维空间范围内摆动。端部的滚轮始终与\n直线发电机的挡板接触作滚动摩擦，并将推杆的摆动能量传递给挡板。\n[0035] 具体地，在活塞连杆的两端各安装一个推杆，分别推动一个挡板运动，使得活塞连\n杆在单摆运动的过程中，一端推杆在将挡板推向一端后，随着活塞连杆的回摆，另一端推杆\n可将相对的挡板推回，实现了动子的往复运动。\n[0036] 船用发动机连杆单摆运动发电模块主要由活塞连杆、直线发电机、推杆三部分组\n成。直线发电机则由外壳、动子组件、定子组件三部分组成，直线发电机的外壳通过固定装\n置与活塞壁相连，本发明实施不做唯一限定。\n[0037] 在直线发电机动子组件部分，永磁体组固定于轻质不导磁材料制成的动子芯上，\n动子芯两端焊有挡板；在直线发电机定子部分，线圈在铁芯上进行绕组后与外壳保持一定\n间隙固定。所述永磁体组、动子芯和直线发电机挡板固定为一个整体，在推杆推动挡板时，\n带动该整体在定子内作往复直线运动。\n[0038] 推杆为一组两端装有滚轮的铁棒，推杆焊接在活塞连杆合适位置上，使得一组推\n杆的滚轮均恰与发电机挡板相接触。活塞连杆套设在活塞轴上，且为发动机活塞曲柄连杆\n机构固有组成部分，此处不再赘述。\n[0039] 在推杆受活塞连杆摆动而摆动时，通过滚轮将摆动的能量传递给挡板，推动挡板\n移动。当活塞连杆摆角达到最高时，推杆推动挡板沿摆动方向运动到远端而停止，此时活塞\n连杆回摆，推杆另一端的滚轮与同边的挡板相接触，推动该挡板向另一方向移动。\n[0040] 发电时，船舶柴油机曲柄转速已知即可实现工作发电频率已知。磁力发电的交流\n电通过整流电路的融合可实现对恒定功率微传感器的稳定供电。\n[0041] 发电时，由于活塞连杆做单摆运动，由于推杆与活塞连杆焊接，故推杆的运动亦为\n摆动。而由于推杆通过顶端的滚轮与直线发电机的挡板相接触，推杆摆动时也将通过推动\n挡板将力传递至直线发电机动子，由于动子仅保留轴向运动的自由度，故力传递的结果是\n使得动子进行沿动子轴向的直线运动，此时动子上的永磁体组与对应的线圈组发生相对运\n动，线圈组切割磁感线产生电能，当活塞连杆摆角达到最高时，动子的直线运动也达到远端\n而停止。而当活塞连杆回摆时，另一推杆与同边的挡板相接触，发生与上述过程反向的运\n动，而在此过程中，动子上的永磁体组同样与对应的线圈组发生相对运动，线圈组切割磁感\n线产生电能，但发电方向与前一过程相反。当活塞连杆回归摆动初始位置时，一周期完成，\n后续过程为重复周期。在每个周期中，直线发电机由一个远端向另一个远端运动与回归过\n程产生的电方向相反，故装置产生的为交流电，频率由活塞连杆摆动频率确定，峰值由绕组\n及永磁体组确定。\n[0042] 如图5(a)‑(b)，整流电路的工作原理如下：U2为正半周时，对D1、D3和方向电压，\nD1，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成U2、Dl、RL、D3通电回路，在RL上形\n成上正下负的半波整流电压，U2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反\n向电压，D1、D3截止。电路中构成U2、D2、RL、D4通电回路，同样在RL上形成上正下负的另外半\n波的整流电压。如此重复下去，在RL上便得到全波整流电压。通过此整流电路即可将上述装\n置产生的交流电转化为稳定的直流电，实现对船用传感器的持续供电。\n[0043] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；\n尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：\n其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征\n进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例\n技术方案。

暂无